Trong nông nghiệp
Trong nông nghiệp, chitin, chitosan được sử dụng để tăng cường sự hoạt động của các vi sinh vật có lợi trong đất, bọc các hạt giống nhằm mục đích ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất và tăng cường khả năng nẩy mầm của hạt, giảm stress cho cây, kích thích sinh trưởng và tăng năng suất thu hoạch. Đặc biệt, chitosan còn đóng vai trò là chất kích thích hệ miễn dịch của cây và sự hoạt động của enzym chitinase (Chandkrachang, 2002; Dzung và Thang, 2002; Vasuden và Reddy, 2002). Sử dụng chitosan để bọc hạt giống mục đích chính là để chống nấm bảo vệ hạt giống và kích thích nẩy mầm đã được thử nghiệm đối với lúa, đậu nành và nhiều loại hạt giống khác (Agarwal và Sinclair, 1997; Goulart và cộng sự, 2002). Cụ thể, đối với đậu nành sau khi được bọc chitosan và bảo quản trong túi nhựa hàn kín, ở 15oC, độ ẩm tương đối 60%. Sau 6 tháng bảo quản, tỷ lệ nẩy mầm của các hạt bao chitosan thì cao nhất đạt 74% so với tỷ lệ nẩy mầm của hạt lúc ban đầu là 90 - 92%
(Sawatwanich và cộng sự, 2007). Do đó, chitosan được dùng để bao hạt giống trong vài tháng không bị nhiễm nấm và không ảnh hưởng đến quá trình nẩy mầm của hạt giống.
Đối với lúa thì đã có một số thử nghiệm ứng dụng chitosan và COS bằng cách phun lên lá hoặc bọc hạt giống tại Việt Nam, Thái Lan và Miến Điện. Các nghiên cứu tại Miến Điện cho thấy kết hợp ngâm hạt giống để kích thích nẩy mầm bằng chitosan và phun chitosan lên lá có thể tăng năng suất lên 1.6 lần (New và cộng sự, 2006). Đối với hạt giống lúa mì, khi được xử lý trong dung dịch chitosan thì tỷ lệ nẩy chồi thành cây con tăng lên 25%, rễ và lá phát triển mạnh hơn so với không xử lý chitosan (Freepons, 1997)
Qua nghiên cứu ảnh hưởng của chitosan và các nguyên tố vi lượng lên một số chỉ tiêu hóa lý, sinh hóa của lúa mạ, ở nhiệt độ thấp thì kết quả cho thấy chitosan vi lượng làm tăng hàm lượng diệp lục và hàm lượng nitơ tổng số, đồng thời hàm lượng các enzym như amylase, catalase hay peroxidase cũng tăng lên [5].
Viện Khoa học nông nghiệp Miền Nam và Trung tâm công nghệ sinh học thủy sản Việt Nam đã nghiên cứu tác dụng của chitosan đối với các hạt giống dễ mất khả năng nẩy mầm và góp phần thúc đẩy khả năng sinh trưởng của cây con. Kết quả là kéo dài thời gian sống và duy trì khả năng nẩy nầm của hạt cà chua và đậu côve sau thời gian bảo quản là 9 - 12 tháng ở điều kiện bình thường, hạt sinh trưởng và phát triển tốt .
COS ảnh hưởng tích cực đến sinh trưởng của rau cải, đậu cô ve và một số rau khác, có tác dụng tăng năng suất, tăng khả năng kháng bệnh, hạn chế việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, góp phần bảo vệ môi trường và thực hiện chương trình rau sạch, rau an toàn.[1]
Trong y học
Trong y học, chitin, chitosan và COS được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi. Chitin, chitosan có khả năng hòa hợp sinh học rất cao và thúc đẩy việc gắn liền vết thương. Nó có tác dụng bảo vệ, chống nhiễm trùng, chống mất nước, tăng khả năng tái tạo da.
Chất mang trong việc kiểm soát quá trình giải phóng thuốc và chất mang vận chuyển thuốc.
Do tính chất tương ứng sinh học và tự hủy sinh học cao của chitin, chitosan và các dẫn xuất nên chúng được nghiên cứu và thử nghiệm rất nhiều trong lĩnh vực kiểm soát và vận chuyển thuốc. Các dạng ứng dụng chính của chitosan và dẫn xuất là dạng vi hạt, hạt nano, nhũ dịch. Rất nhiều loại thuốc đã được thử nghiệm với chitosan như insulin, thuốc chống ung thư, kháng viêm...[9]
Thông thường quá trình tạo vi hạt được thực hiện bằng phương pháp kết tủa hạt chitosan trong môi trường NaOH hoặc làm khô trong dầu. Chitosan được hòa tan trong acid acetic, nồng độ chitosan được sử dụng thông thường từ 0.5 - 2.0% tùy thuộc vào tính chất chitosan và phương pháp tạo hạt. Thuốc cần kiểm soát được hòa tan vào trong dung dịch chitosan và quá trình tạo hạt bằng cách nhỏ từng giọt nhỏ vào trong dung dịch kết tủa chitosan. Tiếp theo, tiến hành rửa hạt và sấy.
Chất chống đông máu và chất làm lành vết thương
Nhiều dẫn xuất chitin và chitosan sulfat cũng được ứng dụng làm chất chống đông máu. Dẫn xuất N-octanoyl and N-hexanoyl của chitosan tương thích sinh học với máu và chịu được sự thủy phân bởi enzym nên có thể sử dụng trong chế tạo màng thẩm tích máu (Hirano, 1996).
Chitosan đã được nghiên cứu và thử nghiệm rất nhiều về tính chất đẩy nhanh quá trình làm lành vết thương. Chitosan có khả năng làm tăng nhanh quá trình làm lành vết thương vì chitosan có xu hướng tạo phức polyme điện ly (polyelectrolyte complex) với heparin (Shahidi và Abuzaytuon, 2005). Chitin tan trong nước cũng được thử nghiệm khả năng làm lành vết thương trên chuột và kết quả cho thấy chitin tan trong nước hiệu quả cao .[8]
Một số nước đã sản xuất chỉ khâu phẫu thuật từ chitin nhờ việc phát hiện ra một số dung môi đặc biệt có khả năng hòa tan chitin ở nhiệt độ thường mà không làm phá hủy cấu trúc polyme .[1]
Nhật Bản đã sản xuất da nhân tạo có nguồn gốc từ chitin gọi là Beschitin.W, nó giống như một tấm vải (có kích thước 10 x 10cm) và được bọc ốp lên vết thương chỉ một lần đến khi khỏi. Tấm Beschitin.W bị phân hủy sinh học từ từ cho đến lúc hình
thành lớp biểu bì mới. Nó có tác dụng giảm đau, giúp các vết sẹo, bỏng phục hồi biểu bì nhanh chóng và chống nhiễm trùng .
Ở Việt Nam, các nhà khoa học thuộc Viện Hóa học, Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia và bác sĩ Trường Đại học Y Hà Nội đã nghiên cứu thành công da nhân tạo có tên Vinachitin. Vinachitin dùng trong các trường hợp bệnh nhân bị thương, bỏng trên diện tích rộng, bệnh nhân bị choáng do mất nước dẫn đến bị nhiễm trùng. Có tác dụng chống mất nước, tăng khả năng tái tạo da và đặc biệt khi vết thương lành không để lại sẹo .[4]
Trong lĩnh vực kiểm soát cân nặng cơ thể, chitosan được xem là một trong chất giảm béo rất tốt (Shahidi và Abuzaytoun, 2005). Chitosan có khả năng ngăn cản sự hấp thụ mỡ trong cơ thể. Thông thường, chitosan được sản xuất ở dạng vi hạt hoặc sợi để làm thuốc giảm béo. Chitosan có khả năng làm giảm cholesterol trong máu. Nghiên cứu của Yao và cộng sự (2008) cho thấy hiệu quả làm giảm cholesterol của chitosan phụ thuộc vào phân tử lượng của chitosan. Chitosan có phân tử lượng càng cao thì khả năng làm giảm cholesterol tốt hơn. Hiện nay, trên thị trường có nhiều sản phẩm giảm béo có bổ sung chitosan hoặc thành phần chính là chitosan .
Trong công nghệ thực phẩm
Trong công nghệ thực phẩm, chitin đặc biệt là chitosan là những hợp chất polyme tự nhiên an toàn với những tính chất đặc trưng như khả năng kháng nấm, kháng khuẩn, chống oxy hóa, tạo màng, tạo gel, hấp phụ màu, làm trong... nên chitosan được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm. Sử dụng màng bao bọc thực phẩm để kéo dài thời gian bảo quản và cải thiện chất lượng thực phẩm tươi, thực phẩm cấp đông đã được thử nghiệm suốt trong những năm qua. Những lớp màng ngoài này có thể cung cấp bổ sung và còn là công cụ cần thiết để kiểm soát những thay đổi về sinh lý, hình thái, lý hóa ở các sản phẩm thực phẩm .
Dùng để tạo màng, chống biến nâu, kháng nấm, bảo quản trái cây, rau
Chitosan có khả năng tạo màng rất tốt và màng chitosan là màng bán thấm, do đó có khả năng làm thay đổi thành phần các chất khí trong môi trường bảo quản. Việc ứng dụng chitosan làm màng bao sẽ tạo ra rào cản hạn chế sự cung cấp oxy trên bề
mặt rau quả và hàm lượng CO2 bên trong màng tăng lên nên quá trình hô hấp của rau sẽ bị ức chế và hạn chế quá trình biến nâu của quả. Hơn nữa, màng chitosan lại có tính kháng khuẩn, kháng nấm nên sự hư hỏng rau quả do vi sinh vật sẽ giảm đi.
Chitosan đã được nghiên cứu ứng dụng trong bảo quản nhiều loại rau quả như vải, dâu, xoài, chuối, táo, cà rốt... Vải và nhãn là những loại quả có giá trị kinh tế cao nhưng lại có thời gian bảo quản rất ngắn dưới điều kiện bình thường và chúng bị giảm nhanh do sự biến nâu của vỏ. Màu của vỏ vải và nhãn là do hợp chất phenol trên vỏ quyết định. Polyphenol oxydase (PPO) oxy hóa các hợp chất phenol gây ra sự biến màu của vỏ. Màng chitosan hạn chế lượng oxy qua màng nên quá trình hô hấp của quả chậm dần, quá trình oxy hóa các hợp chất phenol cũng giảm đi (Jiang, 2005). Sử dụng chitosan nồng độ 2% có hiệu quả tốt nhất để kiểm soát sự biến nâu và kéo dài thời gian bảo quản của vải và nhãn ở 2oC, độ ẩm 90 - 95%. Vải và nhãn sau khi phân loại được nhúng qua dung dịch chitosan 2%, làm khô khoảng 4 giờ ở 25oC, sau đó bảo quản ở 2oC (Jiang và Li, 2001, Jiang và cộng sự, 2005).
Chitosan không những có hiệu quả khi bảo quản nguyên quả tươi mà còn có hiệu quả khi bảo quản cắt lát như thanh long, chuối, xoài, cà rốt cắt lát vì các loại quả cắt lát rất dễ hư hỏng, thời gian bảo quản ngắn. Thanh long cắt lát có thể bảo quản trong 7 ngày ở 8oC sau khi nhúng vào chitosan 1% (MW=12.36 kDa, DD=95 98%). Sau 7 ngày bảo quản ở 8oC thì hàm lượng ẩm các lát thanh long là 70.4 - 78.9%. Các lát xoài được xử lý trong dung dịch chitosan 1%, bảo quản ở 6oC thì hạn chế sự mất nước và làm chậm sự biến đổi và màu sắc, mùi vị, làm tăng hàm lượng chất rắn hòa tan và hàm lượng vitamin C và vì vậy, có thể kéo dài thời gian bảo quản của xoài lên 7 ngày (Chien và cộng sự, 2006 & 2007).
Khi sử dụng chitosan để bảo quản rau quả cần phải sử dụng loại chitosan có tính chất phù hợp. Trong đó, độ acetyl và phân tử lượng của chitosan có ảnh hưởng đến hiệu quả bảo quản trái cây vì vậy cần chọn loại chitosan có độ acetyl và phân tử lượng phù hợp. Ngoài yếu tố độ acetyl và phân tử lượng của chitosan, nồng độ chitosan sử dụng để tạo màng, dung môi sử dụng để hòa tan chitosan và đặc điểm từng loại rau quả đóng vai trò rất quan trọng trong việc áp dụng thành công chitosan trong bảo
quản rau quả. Vì vậy, tùy từng loại rau quả, mục đích bảo quản mà chọn loại chitosan và chế độ bảo quản khác nhau cho phù hợp.
Kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa, chống hao hụt trọng lượng trong bảo quản và chế biến thịt, cá, đậu phụ.
Thịt và các sản phẩm từ thịt rất dễ bị hư hỏng do vi sinh vật và quá trình oxy hóa lipit, chitosan có tính kháng khuẩn và hạn chế quá trình oxy hóa lipit nên được dùng để bảo quản thịt nhằm hạn chế quá trình hư hỏng của thịt. Đặc biệt, chitosan rất phù hợp trong việc ứng dụng để bảo quản các sản phẩm khô, sản phẩm ăn liền. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đối với các sản phẩm thủy sản, chitosan được sử dụng với mục đích hạn chế quá trình oxy hóa lipit trong quá trình bảo quản các loại cá chứa nhiều mỡ như cá trích, cá tra, cá hồi. Phân tử lượng chitosan ảnh hưởng lớn đến khả năng chống oxy hóa, hoạt tính chống oxy hóa của chitosan cao khi dùng chitosan phân tử lượng thấp.
Jeon và cộng sự (2002) cũng cho rằng cơ chế chống oxy hóa của chitosan có thể là do hoạt tính tạo phức với các ion kim loại hoặc do chitosan kết hợp với lipit. Màng chitosan cũng thể hiện tác dụng hạn chế oxy hóa lipit do màng chitosan làm rào cản đối với oxy. Cá hồi phi lê được nhúng vào dung dịch chitosan 1% trước khi bảo quản đông, sau 8 tháng bảo quản có chất lượng sau khi tan giá cao hơn các mẫu không bao màng chitosan (Sathivel và cộng sự, 2007). Đối với sản phẩm chả cá, sử dụng hỗn hợp chitosan-gelatin để bao gói thì nhận thấy sau 20 ngày bảo quản mùi vị chả cá hầu như không biến đổi nhiều và các tính chất khác như độ cứng, độ dai, độ mềm dẻo hầu như không biến đổi nhiều (Lopez Caballero và cộng sự, 2005).
Đối với thủy sản khô như cá khô, mực khô khi được nhúng vào dung dịch chitosan 2% trong acid acetic 1.5%, làm khô ở 30oC thì có thể bảo quản tốt ở nhiệt độ thường. Ở độ ẩm 26 - 30%, cá có màng chitosan có thể bảo quản trên 130 ngày, gấp 1.5 lần so với mẫu đối chứng (bảo quản được 83 ngày), mực khô cũng có thời gian bảo quản giống cá khô ở cùng độ ẩm trên.
Ngoài các sản phẩm trên thì do có tính kháng khuẩn và tạo gel nên chitosan cũng được ứng dụng trong quá trình sản xuất đậu phụ để kéo dài thời gian bảo quản và tăng độ bền gel. Sử dụng chitosan có thể kéo dài thời gian sử dụng hơn 3 ngày so
với đậu phụ sử dụng CaCl2 (Chun và cộng sự, 1997). Bổ sung 2% chitosan đã làm tăng độ bền gel của đậu phụ (No và Meyers, 2004).
Trong công nghệ sản xuất nước quả
Trong công nghệ sản xuất nước quả, làm trong nước quả là một bước rất quan trọng để thu được sản phẩm có độ trong, sáng, màu sắc đẹp. Chitosan thể hiện là một chất keo tụ, tạo bông và làm trong rất tốt. Chitosan với hàm lượng 0.8kg/m3 có thể làm giảm độ đục của nước táo ép xuống rất nhiều lần, thậm chí có thể làm giảm độ đục của nước táo ép xuống còn 0 và kết quả làm tăng độ trong của nước táo ép lên rất nhiều so với việc dùng một số chất khác làm tác nhân trợ lắng, ổn định độ trong cho nước quả. Chitosan có ái lực tốt với các hợp chất polyphenol như catechin, proanthocyanidin và các dẫn xuất của chúng (Soto-Perlata và Knorr, 1989).
Trong công nghệ sinh học
Chitin, chitosan với tính chất tương thích sinh học cao, tự hủy sinh học, kháng nấm, kháng khuẩn, tạo màng, tạo gel, có nguồn gốc sinh học đã có rất nhiều ứng dụng trong công nghệ sinh học như nuôi cấy mô, cố định tế bào, làm chất mang DNA trong thuật liệu pháp gene, chất kháng khuẩn, kháng nấm sinh học, cảm biến sinh học. Một số ứng dụng quan trọng của chitin, chitosan như sau:
Công nghệ cố định tế bào
Một trong những ứng dụng nhiều nhất của chitin, chitosan trong lĩnh vực công nghệ sinh học là ứng dụng trong lĩnh vực cố định enzym tế bào. Chitin, chitosan có thể sử dụng làm chất mang ở dạng hạt, dạng vẩy và dạng keo để cố định nhiều loại enzym và tế bào bằng nhiều phương pháp cố định khác nhau. Các enzym được cố định rất đa dạng (phosphatase, protease, catalase, cellulase... Các enzym cố định trên chất mang chitin, chitosan có khả năng chịu nhiệt, pH và các tác động vật lý tốt hơn so với enzym tự do. Việc cố định enzym cho phép sử dụng enzym nhiều lần với độ ổn định cao.
Phương pháp cố định enzym bao gồm: enzym được dính trên chất mang bằng liên kết hấp phụ hay liên kết tĩnh điện vùi trong lưới gel, liên kết ngang. Enzym được cố định trong chitosan bằng liên kết hấp phụ hay liên kết ngang qua cầu nối chất trung
gian như glutaraldehyd hoặc có khi enzym bị vùi trong lưới gel tạo thành liên kết ngang giữa chitosan và glutaraldehyd. Chitosan là một nguyên liệu dẻo, linh hoạt, có thể cố định enzym bằng cách hấp phụ đơn giản, bằng hấp phụ dạng lưới hay bằng liên kết ion. Sự liên kết ion NH3+ của chitosan với ion âm tự do khác trên enzym, là nhân tố hình thành liên kết hấp phụ hay ion. Hiệu suất cố định theo phương pháp hấp phụ có khuynh hướng cao hơn theo phương pháp liên kết ion .[6]
Chế tạo màng bao, màng vi bao, chất mang sinh học và nuôi cấy mô
Trong việc ứng dụng chitosan để bảo vệ, duy trì hoạt tính của các chất có giá trị, chitosan đã được nghiên cứu để bảo vệ, tăng cường độ ổn định của các chất hoạt tính sinh học như thuốc, chất màu, vitamin, DNA. Ví dụ, chitosan được ứng dụng làm màng bao để tăng độ ổn định của astaxanthin, một chất màu quan trọng trong